鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)氮氧化物排放的影響

孫作剛 李偉博

摘要：近年來(lái)我國(guó)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸趨嚴(yán)，在燃煤電廠排放的大氣污染物中，氮氧化物（氮氧化物）因?yàn)閷?duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重破壞，所以成為火電廠重點(diǎn)控制排放指標(biāo)之一。因此，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒調(diào)整來(lái)減少燃煤電廠氮氧化物的排放污染物刻不容緩。本文主要對(duì)燃煤鍋爐氮氧化物生成機(jī)制的三種類型進(jìn)行了介紹，結(jié)合超臨界鍋爐在運(yùn)行中脫硝入口氮氧化物偏高的因素逐項(xiàng)進(jìn)行研究分析，對(duì)火電廠節(jié)能減排有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：氮氧化物;燃燒調(diào)整;配風(fēng)

1氮氧化物的生成機(jī)制

煤粉在燃燒過(guò)程中會(huì)生成三種類型的氮氧化物：一是熱力型氮氧化物，熱力型氮氧化物是空氣中的氮?dú)馀c氧氣在高溫下反應(yīng)生成的。溫度對(duì)熱力型氮氧化物的生成具有決定性作用。隨著溫度的升高，并且達(dá)到1500℃以上時(shí)，熱力型的氮氧化物生成速度迅速增大，熱力型氮氧化物占到總生成量的25%～35%。二是燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物是燃料中的氮化合物在燃燒過(guò)程中發(fā)生熱分解，并進(jìn)一步氧化而生成的。當(dāng)燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生燃料型氮氧化物，而且燃料型氮氧化物生成不僅與火焰附近氧濃度有關(guān)，還與燃燒溫度相關(guān)。一般燃料型氮氧化物占到總生成量的75%～90%。三是快速型氮氧化物，快速型氮氧化物是燃料在燃燒時(shí)，空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)（如HC）反應(yīng)生成，其轉(zhuǎn)化率取決于空氣過(guò)剩條件和溫度水平。與熱力型和燃料型氮氧化物的生成量相比，快速型氮氧化物的生成量要少很多。氮氧化物的危害性主要如下圖所示。

2影響氮氧化物生成的因素及分析

2.1過(guò)量空氣系數(shù)（O2）

氧量與氮氧化物之間的運(yùn)行曲線圖1所示，發(fā)現(xiàn)隨著鍋爐氧量的升高，脫硝入口氮氧化物也隨之增加，鍋爐氧量降低，脫硝入口氮氧化物也隨之降低。這是因?yàn)?，富氧燃燒可以使煤粉充分燃燒，有效降低化學(xué)不完全燃燒損失，但是由于爐內(nèi)主燃燒區(qū)域的氧量增多，鍋爐燃燒加強(qiáng)，爐膛火焰中心溫度升高，熱力型氮氧化物排出量增加。隨著爐內(nèi)O2增多，燃料中的氮化合物與大量的O2發(fā)生反應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生大量的燃料型氮氧化物。所以，在日常的鍋爐調(diào)整過(guò)程中，可以在CO生成量在允許范圍內(nèi)盡量保證鍋爐在較低的氧量范圍內(nèi)工作，一方面降低了鍋爐總風(fēng)量，降低了煤耗，另一方面降低了脫硝入口氮氧化物的濃度，減輕了氨區(qū)耗氨的壓力，也能保證環(huán)保參數(shù)不超限。

2.2磨煤機(jī)運(yùn)行方式的影響

發(fā)現(xiàn)氮氧化物生成量與磨煤機(jī)運(yùn)行方式的改變有很大的關(guān)系，通過(guò)脫硝入口氮氧化物曲線來(lái)看，當(dāng)A＼B＼＼D＼E＼F（A＼D為下層磨，B＼E為中層磨，C＼F為上層磨）磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，脫硝入口氮氧化物濃度較低，在進(jìn)行C＼E磨切換時(shí)，脫硝入口氮氧化物大幅上升后并保持。這是因?yàn)?，在啟?dòng)C磨煤機(jī)（上層磨）時(shí)，由于大量的一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，造成鍋爐氧量在短時(shí)間內(nèi)快速增加，脫硝入口氮氧化物濃度也大幅度上升。在停運(yùn)中層E磨時(shí)，脫硝入口氮氧化物還是維持在較高的水平，通過(guò)分析，上層磨運(yùn)行時(shí)，一方面是由于煤粉著火位置更接近火焰中心，爐內(nèi)局部熱負(fù)荷較高，產(chǎn)生的氮氧化物必然會(huì)升高，另一方面是燃盡風(fēng)與主燃燒器還原區(qū)高度降低，對(duì)于氮氧化物還原所需的空間不夠，沒有實(shí)現(xiàn)較好的氮氧化物還原作用。因此，在磨煤機(jī)運(yùn)行方式上，要合理安排磨煤機(jī)組合方式，應(yīng)盡量避免停運(yùn)中、下層磨煤機(jī)。

2.3鍋爐配風(fēng)影響

通過(guò)倒寶塔和正寶塔配風(fēng)對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)鍋爐氮氧化物排放量會(huì)有非常大的變化。試驗(yàn)表明，采用倒寶塔配風(fēng)會(huì)有效降低鍋爐氮氧化物排放量，而采用正寶塔配風(fēng)時(shí)鍋爐氮氧化物排放量會(huì)升高。這是因?yàn)椴捎玫箤毸滹L(fēng)方式，因主燃燒區(qū)域的二次風(fēng)擋板關(guān)小，使得此區(qū)域氧量相對(duì)較低，形成富燃料區(qū)，由于煤粉燃燒不是很充分，火焰溫度不高，從而有效的抑制了熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成;而在燃燒器區(qū)域上部，送入過(guò)量的空氣，形成富氧區(qū)，有助于煤粉燃盡，由于上部主要是燃盡區(qū)，火焰溫度相對(duì)較低，即使該區(qū)域氧量比較大，氮氧化物的生成量也不會(huì)增大，因此，總的氮氧化物排放量比較低;采用正寶塔配風(fēng)方式，鍋爐的主燃燒區(qū)域二次風(fēng)擋板開大，風(fēng)量從爐膛燃燒區(qū)域下部送入，使得主燃燒區(qū)域氧量比較大，煤粉燃燒比較充分，而且火焰溫度也相對(duì)較高，從而使熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成量增加，總的氮氧化物排放量也就增大。

2.4燃煤煤質(zhì)影響

在燃用高灰分煤種時(shí)，脫硝入口氮氧化物濃度會(huì)大幅升高。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)在鍋爐燃用高灰分煤種時(shí)，磨煤機(jī)難磨系數(shù)增大，如果在保證煤粉細(xì)度不變的情況下，磨煤機(jī)運(yùn)行電流會(huì)大幅升高，石子煤排放量也會(huì)持續(xù)增多，在運(yùn)行中防止磨煤機(jī)堵磨事件發(fā)生，通常要開大磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門來(lái)增大磨煤機(jī)的通風(fēng)量。由于磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門逐漸開大，磨煤機(jī)出口溫度也會(huì)逐漸上升，磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)節(jié)門在投自動(dòng)的情況下，逐漸開大參與調(diào)節(jié)，來(lái)控制磨煤機(jī)出口溫度，由于磨煤機(jī)冷風(fēng)門的開啟，磨煤機(jī)通風(fēng)量增加，所以進(jìn)入鍋爐鍋爐總風(fēng)量會(huì)增加，這樣必然會(huì)導(dǎo)致脫硝入口氮氧化物大幅度上升。所以在運(yùn)行中最好避免燃用高灰份煤種，如果無(wú)法避免，切不可六臺(tái)磨煤機(jī)全部燃用高灰份煤種，應(yīng)合理地進(jìn)行各臺(tái)磨煤機(jī)配煤摻燒，一是可以有效地降低脫銷入口氮氧化物的生成，二是可以有效地降低磨煤機(jī)磨輥及磨盤的磨損量，延長(zhǎng)磨煤機(jī)運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析，得出結(jié)論：一是采用倒寶塔配風(fēng)方式，可以降低鍋爐脫硝入口的氮氧化物排放量，但是采用這種配風(fēng)方式，主燃燒區(qū)氧量大幅降低，長(zhǎng)期缺氧運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，而采用縮腰配風(fēng)方式，調(diào)整合適的氧量，可以使鍋爐脫銷入口的氮氧化物排放量比較低。氧量調(diào)整的要求，以控制CO生成量在規(guī)定范圍內(nèi)即可。二是加強(qiáng)入爐煤管理，燃煤的灰分和揮發(fā)分變化對(duì)鍋爐脫銷入口的氮氧化物排放量影響也比較大，在運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)配煤摻燒，可以有效的降低鍋爐脫銷入口的氮氧化物排放量。三是合理地布置磨煤機(jī)運(yùn)行方式，盡可能的減少上層C＼F磨同時(shí)運(yùn)行，對(duì)降低鍋爐脫硝入口氮氧化物排放量非常有效。四是采用煙氣再循環(huán)，在鍋爐空預(yù)器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可以降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進(jìn)而降低了鍋爐脫銷入口氮氧化物的排放濃度。

參考文獻(xiàn)

[1]鍋爐燃燒調(diào)整及優(yōu)化運(yùn)行[J].孫志華，劉紅，郭亮，邢立云.民營(yíng)科技.2011（08）

[2]“W”型火焰鍋爐燃燒調(diào)整研究[J].劉才發(fā).電力學(xué)報(bào).1998（02）

[3]電廠鍋爐燃燒調(diào)整技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].沈金權(quán).科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2017（23）

[4]淺析200MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整方法[J].張永紅.科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2016（28）

[5]某公司鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)研究[J].史春來(lái).化學(xué)工程與裝備.2011（01）